低水頭電站尾水變幅約束對發電優化的影響

包崇虎 帥 佳

（1四川省水利水電勘測設計研究院， 四川 成都 611731 2四川省水利水電勘測設計研究院， 四川 成都 611731）

低水頭電站尾水變幅約束對發電優化的影響

包崇虎1帥 佳2

（1四川省水利水電勘測設計研究院， 四川 成都 611731 2四川省水利水電勘測設計研究院， 四川 成都 611731）

低水頭電站的調度過程中，若只追求經濟效益就會帶來很多問題。本文針對低水頭電站發電優化調度中存在的問題，提出了應引入尾水變幅約束以滿足通航以及實際情況的要求。

低水頭電站；發電優化調度；尾水變幅約束

1 低水頭電站的特點以及其重要性

為了應對能源危機和全球變暖等日益突出的問題，越來越多的小型水電站被開發和利用[1]。相對大型水電站，小型水電站有易開發、對地質要求較低和對環境影響較小等優點。小型水電站一般為低水頭電站，一般分為無調節和日調節的徑流電站，地處河流的中下游，地形開闊．人口密集，經濟較發達、水頭低、斷面過水流量大，水頭對發電的影響敏感[2]，庫容較小，基本不承擔調洪和調峰的任務，而且調節天然來水的能力有限，在有限的能力范圍內電站的運作方式對其經濟效益有很大的影響。本文基于逐步優化算法對低水頭電站調度過程進行優化調度，分析優化調度過程中出現的問題以及解決問題方法。

2 運行實例

根據逐步優化調度數學模型，以發電量最大為目標，以大源渡航電樞紐為例進行優化調度。大源渡航電樞紐位于湖南湘江上，湘江是湖南省最主要的水運通道，湘江的水運量占全省水運量的80%，大源渡樞紐最大的設計工作水頭為11.2m，機組最大過流能力1800m3/s，年設計通航能力1200萬t，屬于低水頭日調節航運電站。大源渡樞紐主要承擔了保證土谷塘樞紐到株洲樞紐之間河段通航的任務，對通航保證的要求高。

對大源渡航電樞紐進行優化調度，優化調度實例如下：入庫流量為4000m3/s，壩前出水位為 50.00m，壩前末水位為 50.00m。優化調度結果中的入庫～出庫流量變化和水位變化如下圖：

圖1 出庫流量～入庫流量關系圖

圖2 電站壩前水位變化圖

從以上兩幅圖可以看出，在低水頭電站的發電優化調度中，當入庫流量較大并產生棄水時，出庫流量和壩前水位會出現鋸齒狀波動。

大源渡航電樞紐航運要求高，若按照上述的優化調度方案進行調度，就會出現上游通航水深出現鋸齒狀波動、下游通航水深出現劇烈變化問題。對大源渡這種低水頭電站而言，在入庫流量較大的情況下，決定其發電量的主要因素是發電水頭，而對于低水頭電站而言，壩前水位變化幅度不大，此時決定發電量的主要因素是下游尾水位。尾水位跟出庫流量有著密切的關系，出庫流量越大，尾水位就越高，水頭就越小，發電量就越小。在上述調度方案中，程序計算結果顯示，在少數時段集中加大下泄，犧牲這個時段的發電量，但是在其他時段可以減小下泄流量從而得到較低的尾水位，以獲得較大發電水頭，從而達到發電量最大的目的。

為了解決大源渡樞紐實際通航要求中不允許下游尾水變幅過大，因而在數學模型中引入一個約束條件——相鄰時段尾水變幅約束。

3 尾水變幅約束對發電量優化的影響

在逐步優化調度數學模型中加入尾水變幅約束，對大源渡航電樞紐進行優化調度。為了研究尾水變幅約束對發電優化調度的影響，現對大源渡航電樞紐進行優化調度。

優化調度實例如下：入庫流量為 4000m3/s，壩前出水位為 50.00m，壩前末水位為50.00m。優化調度成果如下表2

表2 尾水變幅對發電量優化的影響（變幅：m發電量：萬kWh）

由表 2可以看出，優化調度發電量是隨著尾水變幅約束放寬而增加。由于大源渡樞紐最大工作水頭為11.2m，因此當尾水變幅約束增加到一定程度，優化發電量將不在增加。

4 結論和討論

上述對大源渡樞紐的發電優化調度進行了分析，可以看出尾水變幅約束的加入完善了優化調度模型，使優化調度模型更好的滿足大源渡樞紐實際調度情況。尾水變幅約束可以限制發電優化調度過程尾水變幅過大，尾水變幅過大會帶來下面兩個問題：第一，尾水變幅過大時，容易形成較大的波浪，不利于大源渡下游河道的通航；第二，尾水變幅原因是出庫流量的變化引起的，而出庫流量主要是通過閘門控制，若出庫流量變化如圖1，則會有閘門頻繁開啟的現象，實際閘門操作中是不允許這種現象發生的。

與大源渡樞紐類似的低水頭電站的優化調度也會出現上述問題，因此低水頭電站發電優化調度應該注意在約束條件中加入尾水變幅約束，在樞紐實際運行情況中，尾水變幅約束也有其現實的意義和作用，例如在通航的河道，尾水變幅過大對通航有不利的影響，同時樞紐的閘門也不允許頻繁的啟閉，因此在尾水變幅約束是在低水頭電站發電優化調度中必不可少的。

[1]鄧志紅.低水頭電站的經濟運行[J]. 中國水能及電氣化，2007（6）：19～20

[2]卜繼勘，李玲，羅純軍. 低水頭電站水庫回水分析研究[J]. 廣東水利水電，2003（12）：22～23

[3]吳愛華，陶東兵，李承軍.基于隨機動態規劃方法的水電站水庫優化調度的研究與應用[J]. 廣東水利水電，2002（2）：23～26

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